計算機可靠性和冗余設計設計

1、高可靠性雙機冗余系統(tǒng)的設計要保證所選器件和設備可以構成高可靠性系統(tǒng)，一般要采用下述 一些技術：(1) 采用冗余備份技術，使系統(tǒng)在出現故障時，仍可以保持正常工作。(2) 優(yōu)化系統(tǒng)的故障檢測(BITE)技術,用最短的時間將故障定位。(3) 研究快速恢復技術，從而將問題盡快解決。(4) 增加糾錯和容錯措施，減少故障的出現。其中,冗余備份技術在網絡維護、數據庫數據存儲及各種重要數 據采集和通訊中都得到了廣泛的應用，為提高系統(tǒng)工作的可靠性起到 了十分重要的作用。1、常用冗余備份技術冗余備份，其實就是備份的一種形式，主要 是為了不使系統(tǒng)在工作中由于某中原因將重要的信息在通信中產生 中斷,避免造成重大的損失

2、，利用有效的手段切換到備份的部件中。也 就是重復配置系統(tǒng)的一些部件，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，冗余配置的部件介 入并承擔故障部件的工作，大大減少故障存在的時間，從而保證系統(tǒng)的 正常工作。常用的冗余備份技術有：(1) 單機冗余技術：此技術以提高計算機自身可靠性為手段，對組成計算機的易損部件進 行冗余設計。(2) 雙工備份技術: 此技術用2個完全相同的子部件，一個處于聯(lián)機工作狀態(tài)，另一個處于 等待狀態(tài)。一旦聯(lián)機工作的部件出現故障，備份部件便代替其工作。 但聯(lián)機工作出現故障及備份部件的工作需要相應的監(jiān)測軟件進行判 斷和工作部件切換。(3) 雙機熱備份技術：該技術也即是目前通常所說的active/standb

3、y工作方式。Active與sta ndby設備具有相同的硬件配置并裝有相同的操作系統(tǒng)和工作軟件，且二者在正常工作時輸入和輸出的數據及其軟件協(xié)議均相同。當 active設備出現故障的時候，通過軟件檢測將standby設備激活 保證系 統(tǒng)在短時間內完全恢復正常使用。此技術結構如圖1所示。計尊機11輸入判兩切換輸出一計算的12 圖I雙機熱備份技術結構框圖(4) 網絡冗余：隨著計算機網絡技術的飛速發(fā)展，網絡通信已在大大小小不同的系統(tǒng) 中承擔越來越重要的作用，網絡冗余技術也便應運而生。這種技術一 般是通過在網絡交換機建立冗余環(huán)，從而提供計算機數據的備份通道。圖2所示的網絡冗余接線圖，便是其中的一種。圖中

4、所示的 3臺 網絡交換機在遵循其相同的軟件協(xié)議下組成冗余環(huán)，在segmentl、segment2和segment3中任何一個出現接觸不良或完全斷開的情況下 ,均不會影響整個網絡中任何一臺計算機的通信，設備會在毫秒級的時間內自動恢復。此外，每個網絡交換機也可與其他網絡交換機進行級 聯(lián)操作圖2網絡兀余接線2、高可靠性雙機冗余系統(tǒng)在分析了上述冗余技術后，在此將主要討論利用雙機熱備份技術和網絡冗余技術進行系統(tǒng)的設計。2.1系統(tǒng)組成及功能該系統(tǒng)主要由2臺顯示控制計算機、2臺工作主機、1臺監(jiān)測計算機、1臺網絡交換機組成（可用3臺組成冗余環(huán)，進行系統(tǒng)擴充）。其中,工作 主機為自行開發(fā)的計算機插件，既具有常規(guī)

5、計算機的所有功能，又可與 插件本身布有的大規(guī)?？删幊碳呻娐?EPLD進行數據交換，大大豐 富了主機的工作模式，并增加了對外的接口形式，為系統(tǒng)更靈活的功能 擴充提供了條件。主機的原理框圖如圖 3所示。2臺顯示控制計算機和2臺工作主機均為冗余備份設計。顯示控 制計算機處理并顯示主機輸出的有關數據及信息，是進行人機交互的 窗口。主機完成數據的采集、管理及傳輸功能。監(jiān)測計算機用來診斷 系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而進行通信鏈路的判斷選擇。網絡交換機用于各 計算機間的數據交換。系統(tǒng)的組成框圖如圖 4所示。主犯監(jiān)測汁算機圖4系統(tǒng)組成框圖2.2設計的基本原則(1)具有智能化的切換方式，系統(tǒng)根據監(jiān)測計算機判斷的工作狀

6、態(tài)自動選擇通信鏈路，并可用命令切換相輔助；具有可靠的自檢測功能3,確保各功能的工作狀態(tài)如實反應，使鏈路切換后可正常工作；(3)采用軟件化設計技術，廣泛采用軟件處理方式，替代硬件功能，完成相應的處理任務，達到提高任務可靠性的目的；(4) 采用計算機網絡技術，提高整個系統(tǒng)中各計算機的利用率，并有利于系統(tǒng)的擴充和升級；(5) 采用大規(guī)?？删幊绦酒岣吡讼到y(tǒng)處理能力和靈活性，降低了功 耗,增強了產品的可靠性；(6) 采用 嵌入式計算機技術！和 實時操作系統(tǒng)技術!,提高系統(tǒng)的實時 處理能力和軟件的穩(wěn)固性。2.3工作原理由系統(tǒng)組成框圖可看出各計算機均可通過網絡交換信息，且2塊顯示控制計算機與2塊主機為網

7、絡節(jié)點備份工作方式，這種分布式的工作 特點可以使各計算機完全獨立的進行工作。對顯控計算機而言，二者同時接收來自主機的數據，同時輸出所需顯示的信息，不需要故障判斷 和切換，在其中一臺出現故障時均不影響另外一臺的正常工作，并根據監(jiān)測計算機回饋的系統(tǒng)工作狀態(tài)進行相應的人機交互。2臺主機作為一個功能單元，也具有相同的輸入和輸出配置，二者的不同是通過分配 給其不同的網絡地址來判斷。顯控計算機的干預命令送給監(jiān)測計算機 再由其轉送給在線工作的主機。監(jiān)測計算機按其工作軟件設置的檢測 周期對兩臺主機的運行狀況進行診斷，一旦發(fā)現鏈路中斷或回饋的信 息有誤便自動切換到另一臺主機進行在線工作，并將診斷結果送給顯控計算機進行顯示，以便操作人員及時發(fā)現問題并進行故障處理。圖5為系統(tǒng)工作流程圖?？紤]到主機處理數據的實時性、 監(jiān)測計算機對設備狀態(tài)和控制命令的實時檢測和傳送，二者的操作系統(tǒng)選擇嵌入式實時QNX操作系統(tǒng)并采用C+編程語言完成相應的功能。顯控計算機選擇 WindowsNT操作系統(tǒng)和 VisualC+6.0作為開發(fā)工具，Windows